RU2848478C1 - Knee joint endoprosthesis - Google Patents
Knee joint endoprosthesisInfo
- Publication number
- RU2848478C1 RU2848478C1 RU2024123081A RU2024123081A RU2848478C1 RU 2848478 C1 RU2848478 C1 RU 2848478C1 RU 2024123081 A RU2024123081 A RU 2024123081A RU 2024123081 A RU2024123081 A RU 2024123081A RU 2848478 C1 RU2848478 C1 RU 2848478C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tibial component
- tibial
- component
- housing
- endoprosthesis
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано для восстановления функций коленных суставов при условии проведения операционного вмешательства.The invention relates to medicine, namely to traumatology and orthopedics, and can be used to restore the functions of knee joints subject to surgical intervention.
Уровень техникиState of the art
Известно, что артропластика коленного сустава (КС) проводится при выявлении таких заболеваний, как:It is known that knee joint arthroplasty (KJ) is performed when diseases such as:
- III стадия дегенеративно-дистрофического процесса,- Stage III of the degenerative-dystrophic process,
- асептический некроз,- aseptic necrosis,
- воспалительные заболевания суставов и при ряде других разрушающих сустав процессах [Возницкая О.Э., Сабирьянов А.Р., Атманский И.А. Восстановительное лечение при эндопротезировании коленного сустава / Учебное пособие для системы послевузовского профессионального образования, Челябинск: Челябинская государственная медицинская академия, 2009. - 79 с].- inflammatory diseases of the joints and a number of other processes that destroy the joint [Voznitskaya O.E., Sabiryanov A.R., Atmansky I.A. Rehabilitation treatment for knee arthroplasty / Textbook for the system of postgraduate professional education, Chelyabinsk: Chelyabinsk State Medical Academy, 2009. - 79 p.].
Основными задачами при лечении больных с поражениями коленного сустава являются: уменьшение интенсивности болей, восстановление подвижности в коленном суставе и опороспособности нижней конечности. Для этого используются различные методы и устройства артропластики, например эндопротезы различной фиксации. Степень фиксации классифицируется на 3 основных типа [Сметанин С.М. / Биомеханическое обоснование эндопротезирования коленного сустава при структурно-функциональных нарушениях: автореф. дис. … д-ра мед. наук: 14.01.15, М: ФГАОУ ВО Первый МГМУ имени И.М. Сеченова, 2018. - 48 с.]:The main goals in treating patients with knee joint lesions are: reducing pain intensity, restoring knee mobility and lower limb weight-bearing capacity. Various arthroplasty methods and devices are used for this purpose, such as endoprostheses with varying fixation. The degree of fixation is classified into 3 main types [Smetanin S.M. / Biomechanical justification for knee arthroplasty in structural and functional disorders: Abstract of a Doctor of Medicine dissertation: 14.01.15, Moscow: FGAOU VO First Moscow State Medical University named after I.M. Sechenov, 2018. - 48 p.]:
1) несвязный CR (Cruciate-retaining) применяется при возможности сохранения задней крестообразной связки с условием ее целостности и функциональных способностей;1) non-connected CR (Cruciate-retaining) is used when it is possible to preserve the posterior cruciate ligament, provided that it is intact and functional;
2) полусвязный PS (posterior stabilized), используется при более высоком уровне поражения коленного сустава болезнью или травмой, когда крестообразные связки удаляется полностью. В этом случае компоненты эндопротеза оснащены дополнительными элементами, несущими вспомогательную функцию для стабилизации направления сгибания / разгибания и ограничения максимального угла сгибания / разгибания конечности;2) Semi-ligamentous PS (posterior stabilized), used for higher-level knee joint damage due to disease or injury, when the cruciate ligaments are completely removed. In this case, the endoprosthesis components are equipped with additional elements that perform an auxiliary function to stabilize the flexion/extension direction and limit the maximum flexion/extension angle of the limb;
3) связный VVC (Varus Valgus Constrained), представляет собой жестко скрепленный шарнирный узел пара трения, где все компоненты соединены. Такую модель используют при самых сильных видах поражения сустава, а также бедренной и большеберцовой костей.3) The connected VVC (Varus Valgus Constrained) is a rigidly connected hinged joint with all components connected. This model is used for the most severe types of joint damage, as well as for the femur and tibia.
Известен эндопротез (имплантат) КС, выполненный в виде полнотелых компонентов (бедренного, тибиального и болыпеберцового) [патент РФ 194174 от 29.11. 2019. Эндопротез коленного сустава / Родионов И.В., Перинская И.В., Куц Л.Е.], где: бедренный и большеберцовый компоненты изготавливают из биосовместимых, антикоррозионных, антифрикционных сплавов Со, Cr, Ni, Ti, легированных Nb, Mo, Ti, Та, Zr. Тибиальный компонент и надколенник изготавливают из полимерного материала, в частности полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы (СВМПЭ).A known knee joint endoprosthesis (implant) is made in the form of solid components (femoral, tibial and tibial) [RU Patent 194174 dated November 29, 2019. Knee joint endoprosthesis / Rodionov I.V., Perinskaya I.V., Kuts L.E.], wherein: the femoral and tibial components are made of biocompatible, anti-corrosion, anti-friction alloys of Co, Cr, Ni, Ti, alloyed with Nb, Mo, Ti, Ta, Zr. The tibial component and patella are made of a polymer material, in particular ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE).
Способ имплантации эндопротеза проводится путем резекции мыщелков бедренной кости и большеберцовой кости до здорового трубчатого слоя костей с дальнейшим замещением резецированных участков на компоненты эндопротеза [Патент РФ №2187975 С1 от 08.27.2002. Способ эндопротезирования коленного сустава / B.C. Багнавец О.Ш., Буачидзе В.П., Волошин В.И. Данков Н.В. Загородний B.C. Зубиков A.M. Невзоров С.В. Сергеев Д.А. Холявкин]. Недостатки эндопротеза: 1) ограничен срок его службы, т.к. через 10-20 лет ослабевают молекулярные связи металла и костной ткани под воздействием временных динамических нагрузок с переносом вектора вокруг оси и обратно в пределах 110°, сопровождающиеся ударными нагрузками при ходьбе, 2) большая разница показателей модуля упругости металлических сплавов и костной ткани (титановые сплавы ≈ 110 ГПа, хромоникелевые нержавеющие стали ≈ 210 ГПа, хромокобальтовые сплавы ≈ 240 ГПа, модуль упругости кости человека 50 … 80 ГПа), поэтому происходит отслаивание крепежных металлических поверхностей эндопротеза от кости и требуется ревизионное эндопротезирование.The method of implantation of the endoprosthesis is carried out by resection of the condyles of the femur and tibia to the healthy tubular layer of bone with subsequent replacement of the resected areas with the components of the endoprosthesis [Patent of the Russian Federation No. 2187975 C1 dated 08.27.2002. Method of endoprosthetics of the knee joint / B.S. Bagnavets O.Sh., Buachidze V.P., Voloshin V.I., Dankov N.V., Zagorodniy B.S., Zubikov A.M., Nevzorov S.V., Sergeev D.A., Kholyavkin]. Disadvantages of the endoprosthesis: 1) its service life is limited, because after 10-20 years, the molecular bonds between the metal and bone tissue weaken under the influence of temporary dynamic loads with a vector transfer around the axis and back within 110°, accompanied by impact loads when walking, 2) a large difference in the elastic modulus of metal alloys and bone tissue (titanium alloys ≈ 110 GPa, chromium-nickel stainless steels ≈ 210 GPa, chromium-cobalt alloys ≈ 240 GPa, the elastic modulus of human bone is 50 ... 80 GPa), therefore, delamination of the fastening metal surfaces of the endoprosthesis from the bone occurs and revision endoprosthetics is required.
Известен тибиальный вкладыш, размещенный на основании неподвижно или частично подвижно относительно оси крепежного стержня (патент РФ №196434 от 02.28.2020. Тибиальный компонент эндопротеза коленного сустава / Бялик Е.И., Пронских А.А., Брижань Л.К., Давыдов Д.В., Корнилов Н.Н., Хоминец В.В., Макаров М.А., Холявкин Д.А.). Конструкция полезной модели позволяет максимально сохранить костную ткань за счет меньшей толщины опила. Кроме того, оптимизирован угол наклона тибиального плато в 4 градуса для улучшения работы сохраненной задней крестообразной связки (ЗКС). Разработанная модель является универсальной, поскольку ее конструкция обеспечивает возможность размещения на одном тибиальном компоненте вкладышей как без стабилизации (при сохраненной ЗКС), так и с разной степенью стабилизации. Кроме того, конструкция предусматривает легкий переход от первичного к ревизионному варианту использования на одном компоненте за счет применения аугментов, выполненных с возможностью соединения с крепежным стержнем (ножкой) тибиального компонента. Модель позволяет выполнять тотальное эндопротезирование для любых случаев патологий коленного сустава и при любых ортопедических отклонениях, в том числе, связанных с онкологическими заболеваниями, и при любом состоянии связочного аппарата, при одновременном уменьшении износа, снижении массы конструкции, снижении травматических осложнений, повышении эксплуатационной надежности, сроков службы эндопротеза КС, а также сокращении времени, повышении технологичности и увеличении удобств операции. Модель воспроизводит механику при движении, реализуемую в обычной жизни человека при осуществлении движений, необходимых для совершенного функционирования коленного сустава посредством скольжения и качения концов компонентов друг относительно друга.A tibial insert is known, placed on a base fixed or partially movable relative to the axis of the fastening rod (RU Patent No. 196434 dated 02.28.2020. Tibial component of a knee endoprosthesis / Byalik E.I., Pronskikh A.A., Brizhan L.K., Davydov D.V., Kornilov N.N., Khominets V.V., Makarov M.A., Kholyavkin D.A.). The design of the utility model allows for maximum bone tissue preservation due to a smaller sawdust thickness. In addition, the tibial plateau inclination angle of 4 degrees is optimized to improve the function of the preserved posterior cruciate ligament (PCL). The developed model is universal, since its design allows for the placement of inserts on a single tibial component both without stabilization (with the PCL preserved) and with varying degrees of stabilization. Furthermore, the design allows for an easy transition from primary to revision use on a single component through the use of augments designed to connect to the tibial component's anchor rod (stem). This model enables total knee arthroplasty for any knee pathology and any orthopedic abnormalities, including those associated with oncological diseases, and for any ligamentous condition. This design simultaneously reduces wear, reduces the weight of the structure, reduces traumatic complications, increases operational reliability and service life of the knee prosthesis, and reduces surgical time, improves processability, and enhances convenience. The model reproduces the mechanics of movement that occur in everyday life when performing the movements necessary for perfect knee joint function through the sliding and rolling of the component ends relative to each other.
Известен эндопротез КС с внутренней микропористой поверхностью бедренного компонента в результате блистерингового порообразования (патент РФ №195379 от 01.24.2020. Эндопротез коленного сустава / Родионов И.В., Перинская И.В., Куц Л.Е.). В предлагаемом эндопротезе КС, содержащим бедренный компонент, выполненный в виде салазок из двух параллельных, скрепленных между собой дуг, имеющих с внутренней стороны опорную плоскость для дистального опила бедренной кости, большеберцовый компонент, выполненный в виде основания, с противоположных сторон которого закреплены ограничитель и ножка с ребрами жесткости, опорный штырь, платформу из СВМПЭ, на одной стороне которой выполнены выемки, сопряженные по цилиндрической поверхности с дугами салазок бедренного компонента, а с другой стороны в платформе выполнены дугообразный и направляющий пазы, в которых установлены ограничитель и опорный штырь, салазки дуг бедренного компонента и сопряженные с ними выемки в платформе выполнены по форме цилиндрических поверхностей, переходящих в касательные плоскости, каждая из которых расположена под углом, равным 5-13° к соответствующей плоскости, параллельной опорной плоскости дистального опила бедренной кости и проведенной через соответствующую линию касания. На внутренней поверхности бедренного компонента эндопротеза имеется микропористый слой, полученный в результате блистерингового порообразования в процессе ионно-лучевой обработки пучком ионов гелия (Не+). Материалами для изготовления эндопротеза коленного сустава могут служить Ti, Та, Zr и их сплавы.A knee endoprosthesis with an internal microporous surface of the femoral component as a result of blistering pore formation is known (RU Patent No. 195379 dated 01.24.2020. Knee joint endoprosthesis / Rodionov I.V., Perinskaya I.V., Kuts L.E.). In the proposed femoral joint endoprosthesis, comprising a femoral component made in the form of a sled of two parallel arches fastened together, having on the inner side a support plane for the distal cut of the femur, a tibial component made in the form of a base, on opposite sides of which a limiter and a leg with stiffening ribs are fixed, a support pin, a platform made of UHMWPE, on one side of which recesses are made, mated along a cylindrical surface with the arches of the femoral component sled, and on the other side in the platform there are arcuate and guide grooves, in which the limiter and the support pin are installed, the sleds of the arches of the femoral component and the recesses in the platform mated with them are made in the form of cylindrical surfaces turning into tangent planes, each of which is located at an angle equal to 5-13° to the corresponding plane, parallel to the support plane of the distal cut of the femur and drawn through the corresponding line of contact. The inner surface of the femoral component of the endoprosthesis contains a microporous layer created by blistering pores during ion beam treatment with a helium (He+) ion beam. Ti, Ta, Zr, and their alloys can be used as materials for the manufacture of knee endoprostheses.
Известен эндопротез КС, включающий бедренный компонент, связанный с несущим тибиальным компонентом через вкладыш, выполненный с возможностью крепления в основании тибиального компонента, где бедренный компонент эндопротеза КС, выполненный в виде единой детали, имеет гладкую внешнюю несущую поверхность округлой формы с изменяющимся сагиттальным радиусом кривизны с задней, дистальной и передней сторон компонента для шарнирного соединения с несущей поверхностью тибиального компонента, внутреннюю поверхность, обращенную к бедренной кости; латеральный и медиальный мыщелковые элементы, которые с задней и дистальной сторон разделены зазором, соответствующим межмыщелковой ямке в естественном коленном суставе с возможностью размещения крестообразных связок; фиксирующие штифты, размещенные со стороны внутренней поверхности; усиливающие ребра, расположенные со стороны внутренней поверхности и образующие углубления для размещения слоя пористого покрытия для образования физической связи с бедренной костью, где внешняя несущая поверхность с передней стороны бедренного компонента выполнена в виде единой поверхности, образованной выпуклыми поверхностями латерального и медиального мыщелковых элементов (патент РФ 197294 от 20.04. 2020. Бедренный компонент эндопротеза коленного сустава / Бялик Е.И., Пронских А.А., Брижань Л.К., Давыдов Д.В., Корнилов Н.Н., Хоминец В.В., Макаров М.А., Холявкин Д.А.).A knee endoprosthesis is known that includes a femoral component connected to a load-bearing tibial component via an insert configured to be secured at the base of the tibial component, wherein the femoral component of the knee endoprosthesis, made in the form of a single part, has a smooth outer load-bearing surface of a rounded shape with a variable sagittal radius of curvature on the posterior, distal and anterior sides of the component for an articulated connection with the load-bearing surface of the tibial component, an inner surface facing the femur; lateral and medial condylar elements that are separated on the posterior and distal sides by a gap corresponding to the intercondylar fossa in the natural knee joint with the possibility of placing cruciate ligaments; fixing pins placed on the side of the inner surface; reinforcing ribs located on the side of the inner surface and forming recesses for placing a layer of porous coating to form a physical connection with the femur, where the outer load-bearing surface on the anterior side of the femoral component is made in the form of a single surface formed by the convex surfaces of the lateral and medial condylar elements (RU Patent 197294 dated 04.20. 2020. Femoral component of a knee joint endoprosthesis / Byalik E.I., Pronskikh A.A., Brizhan L.K., Davydov D.V., Kornilov N.N., Khominets V.V., Makarov M.A., Kholyavkin D.A.).
Известен эндопротез КС, в котором бедренный и болыпеберцовый элементы, изготовлены из сплава титана марки ВТ 14 или кобальт-хромового сплава и имеют покрытие из твердого аморфного алмазоподобного углерода толщиной 0,5-1,5 мкм и промежуточного адгезионного слоя толщиной 0,05-0,15 мкм, выполненного из соединений титана с углеродом (патент РФ 154362 от 20.08.2015. Эндопротез коленного сустава с покрытием / Бердюгин К.А., Шлыков И.Л., Макарова Э.Б., Рубштейн А.П., Владимиров А.Б., Бердюгина О.В.). Оперативное вмешательство выполняют по стандартной технологии бесцементной фиксации. После доступа к суставу удаляются костные нарастания и поврежденные участки. Готовят при помощи специальных инструментов поверхность большеберцовой и бедренной костей. Устанавливают на их место компоненты эндопротеза, используя метод "press-fit" фиксации. Между компонентами устанавливают вкладыш из СВМПЭ.A known knee endoprosthesis is one in which the femoral and tibial elements are made of VT 14 titanium alloy or cobalt-chromium alloy and coated with 0.5-1.5 μm of hard amorphous diamond-like carbon and an intermediate adhesive layer 0.05-0.15 μm thick made of titanium-carbon compounds (RU Patent 154362 of 20.08.2015. Coated knee endoprosthesis / Berdyugin K.A., Shlykov I.L., Makarova E.B., Rubshteyn A.P., Vladimirov A.B., Berdyugina O.V.). The surgery is performed using standard cementless fixation technology. After accessing the joint, bone growths and damaged areas are removed. The surface of the tibia and femur is prepared using special instruments. The endoprosthesis components are installed in their place using the press-fit fixation method. A UHMWPE liner is placed between the components.
Снабжение поверхности бедренного и большеберцового элементов эндопротеза контактирующей с костной тканью покрытием из твердого аморфного алмазоподобного углерода толщиной 0,5-1,5 мкм позволяет произвести упрочнение поверхности (твердость поверхности элементов с нанесенным покрытием составляет 7000-10000 кг\см2 при коэффициенте трения не более 0,1), при этом сам углерод обеспечивает максимальную нейтральность к окружающим тканям организма (Lifshits. Diamond-like carbon - present status. Diamond and related materials 8 (1999) 1659-1676, Cui F.Z., Li D.J. A review of investigations on biocompatibility of diamond-like carbon and carbon nitride films. Surface and Coatings Technology, 131, 2000. - P. 481-487). Материал покрытия эндопротеза КС является нетоксичным и биологически совместимым с окружающими тканями. Наличие промежуточного слоя обеспечивает наилучшее химическое взаимодействие между материалом, из которого выполнен эндопротез КС (титан марки ВТ 14 или кобальт-хромовый сплав) и твердым аморфным алмазоподобным углеродом, а его толщина является оптимальной для обеспечения прочной адгезии. Покрытие может быть нанесено на поверхность компонентов эндопротеза известными способами, например, используя плазменный метод или конденсацию ионов углерода с энергией 100 эВ, образующихся при магнетронном или дуговом распылении графита.Providing the surface of the femoral and tibial elements of the endoprosthesis in contact with bone tissue with a coating of hard amorphous diamond-like carbon with a thickness of 0.5-1.5 μm allows for surface strengthening (the surface hardness of the elements with the applied coating is 7000-10000 kg/ cm2 with a friction coefficient of no more than 0.1), while the carbon itself ensures maximum neutrality to the surrounding tissues of the body (Lifshits. Diamond-like carbon - present status. Diamond and related materials 8 (1999) 1659-1676, Cui FZ, Li DJ A review of investigations on the biocompatibility of diamond-like carbon and carbon nitride films. Surface and Coatings Technology, 131, 2000. - P. 481-487). The coating material of the femoral and tibial endoprosthesis is non-toxic and biocompatible with the surrounding tissues. The presence of an intermediate layer ensures optimal chemical interaction between the material of the knee joint endoprosthesis (VT 14 titanium or a cobalt-chromium alloy) and the hard amorphous diamond-like carbon, and its thickness is optimal for ensuring strong adhesion. The coating can be applied to the surface of the endoprosthesis components using known methods, such as plasma evaporation or condensation of 100 eV carbon ions generated by magnetron or arc sputtering of graphite.
Основные недостатки перечисленных аналогов: 1) срок эксплуатации имплантатов составляет 10-20 лет, в зависимости от качества проведенной операции, реабилитации и отсутствия повышенных нагрузок на эндопротез, 2) ограничение в физической активности и отказ от привычного образа жизни, 3) высокий модуль упругости металлических сплавов относительно модуля упругости кости человека, 4) отсутствие амортизирующего устройства.The main disadvantages of the listed analogs are: 1) the service life of the implants is 10-20 years, depending on the quality of the surgery, rehabilitation and the absence of increased loads on the endoprosthesis, 2) limitation in physical activity and abandonment of the usual lifestyle, 3) high modulus of elasticity of metal alloys relative to the modulus of elasticity of human bone, 4) the absence of a shock-absorbing device.
Наиболее близким к заявляемому является эндопротез КС [патент РФ №179634 от 06.10.2017. Эндопротез коленного сустава / Веселов С.В. и соавторы.] - прототип. Эндопротез КС включает феморальный компонент, тибиальный компонент с опорной ножкой для фиксации в метаэпифизе большеберцовой кости и съемный полимерный вкладыш. Вкладыш имеет конгруэнтную поверхность для скользящего контакта с суставной поверхностью феморального компонента и ротационную коническую ножку для скользящего контакта с коническим углублением опорной ножки тибиального компонента. На поверхности вкладыша, контактирующей с суставной поверхностью феморального компонента, имеются открытые поровые каналы в количестве от 5 до 25% от площади поверхности скольжения, размером от 0,1 до 200 мкм. Основной недостаток: отсутствие амортизирующего устройства.The closest to the claimed one is the KJ endoprosthesis [RU Patent No. 179634 dated 06.10.2017. Knee joint endoprosthesis / Veselov S.V. et al.] - a prototype. The KJ endoprosthesis includes a femoral component, a tibial component with a supporting stem for fixation in the metaepiphysis of the tibia, and a removable polymer liner. The liner has a congruent surface for sliding contact with the articular surface of the femoral component and a rotating conical stem for sliding contact with a conical recess in the supporting stem of the tibial component. On the surface of the liner in contact with the articular surface of the femoral component, there are open pore channels in an amount of 5 to 25% of the sliding surface area, ranging in size from 0.1 to 200 μm. The main disadvantage is the lack of a shock-absorbing device.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Предлагаемое решение применимо к несвязному типу фиксации эндопротеза и направлено на решение задачи создания устройства - эндопротеза коленного сустава с амортизирующим вкладышем, обеспечивающим снижение направленных динамических и ударных нагрузок, приходящихся на соединение металлического сплава и костной ткани.The proposed solution is applicable to the non-coupled type of endoprosthesis fixation and is aimed at solving the problem of creating a device - a knee joint endoprosthesis with a shock-absorbing insert that ensures the reduction of directed dynamic and impact loads falling on the connection of a metal alloy and bone tissue.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в увеличении срока эксплуатации эндопротеза и повышении комфорта при физических нагрузках.The technical result of the claimed invention consists in increasing the service life of the endoprosthesis and improving comfort during physical activity.
Технический результат достигается за счет того, что эндопротез коленного сустава на основе бедренного, тибиального, большеберцового компонентов, согласно решению, содержит дополнительно включает амортизирующий вкладыш и корпус, корпус выполнен с возможностью фиксации тибиального компонента и амортизирующего вкладыша и жестко зафиксирован винтами на большеберцовом компоненте, бедренный компонент выполнен из титанового сплава TNTZ в виде салазок из двух параллельных скрепленных между собой дуг, образующих элементы, замещающие латеральный и медиальный мыщелки и опорную поверхность скольжения для надколенника, имеющий с внутренней стороны опорную плоскость для поверхностей дистального опила бедренной кости, корпус выполнен из титанового сплава TNTZ и представляет собой овальный цилиндр, повторяющий форму посадочного места большеберцового компонента, и включает разгрузочные окна для предотвращения скопления избыточного и отрицательного давления внутри корпуса, на внутренней цилиндрической поверхности корпуса в верхней части расположена канавка для полиуретанового кольцевого уплотнения, тибиальный компонент выполнен из СВМПЭ в виде платформы, на одной стороне которой выполнены выемки, сопряженные по цилиндрической поверхности с дугами салазок бедренного компонента, большеберцовый компонент выполнен из титанового сплава TNTZ и представляет собой полнотелую платформу овальной неправильной формы, а амортизирующий вкладыш выполнен из биосовместимого полиуретана и повторяет контур нижней поверхности тибиального компонента с отступом от края 5 мм.The technical result is achieved due to the fact that the knee joint endoprosthesis based on the femoral, tibial, tibial components, according to the solution, further comprises a shock-absorbing insert and a housing, the housing is designed with the possibility of fixing the tibial component and the shock-absorbing insert and is rigidly fixed with screws on the tibial component, the femoral component is made of titanium alloy TNTZ in the form of a sled of two parallel arcs fastened together, forming elements that replace the lateral and medial condyles and a supporting sliding surface for the patella, having on the inner side a supporting plane for the surfaces of the distal cut of the femur, the housing is made of titanium alloy TNTZ and is an oval cylinder repeating the shape of the seat of the tibial component, and includes unloading windows to prevent the accumulation of excess and negative pressure inside the housing, on the inner cylindrical surface of the housing in the upper part there is a groove for a polyurethane ring seal, the tibial component is made of UHMWPE in the form of a platform, on one side of which there are notches connected along the cylindrical surface with the arcs of the femoral component sleds, the tibial component is made of TNTZ titanium alloy and is a solid platform of an oval irregular shape, and the shock-absorbing insert is made of biocompatible polyurethane and follows the contour of the lower surface of the tibial component with an indentation from the edge of 5 mm.
Реализация технической проблемы достигается за счет изготовления эндопротеза (далее ЭП) КС с амортизирующим вкладышем, включающего:The implementation of the technical problem is achieved by manufacturing an endoprosthesis (hereinafter EP) of the knee joint with a shock-absorbing insert, including:
бедренный компонент 1 для несвязного типа ЭП выполнен из титанового сплава (TNTZ) Ti-29Nb-13Ta-4,6Zr [Биоматериалы. Июль 2003 г.; PMID: 12711513 DOI: 10.1016/s0142-9612(03)00069-3 / Мицуо Нииноми] и представляет собой полнотелую деталь в виде салазок из двух параллельных, скрепленных между собой дуг, образующих элементы, полностью замещающие латеральный и медиальный мыщелки и опорную поверхность скольжения для надколенника, имеющий с внутренней стороны опорную плоскость для поверхностей дистального опила бедренной кости. На ответной поверхности ЭП дистального опила есть два глухих отверстия для возможности крепления в них двух цилиндрических направляющих 1.1, которые при установке погружаются в отверстия для временной фиксации приспособлений для закрепления кондуктора.The femoral component 1 for the non-connected type of EP is made of titanium alloy (TNTZ) Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr [Biomaterials. July 2003; PMID: 12711513 DOI: 10.1016/s0142-9612(03)00069-3 / Mitsuo Niinomi] and is a solid part in the form of a sled made of two parallel arches fastened together, forming elements that completely replace the lateral and medial condyles and the supporting sliding surface for the patella, having a supporting plane on the inner side for the surfaces of the distal cut of the femur. On the mating surface of the EP of the distal cut there are two blind holes for the possibility of attaching two cylindrical guides 1.1 in them, which, during installation, are immersed in the holes for temporary fixation of devices for securing the conductor.
тибиальный компонент 2 для несвязного типа ЭП, выполнен из СВМПЭ [Имплантаты для хирургии. Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы. ГОСТ 5834-2-2014; ISO 5834-2:2011] в виде платформы, на одной стороне которой выполнены выемки, сопряженные по цилиндрической поверхности с дугами салазок бедренного компонента. Салазки дуг бедренного компонента 1 и сопряженные с ними выемки в платформе выполнены по форме сферических поверхностей, переходящих в касательные плоскости, каждая из которых расположена под углом, равным 5-13°, к соответствующей плоскости, параллельной опорной плоскости дистального опила бедренной кости и проведенной через соответствующую линию касания.The tibial component 2 for the non-coupled type of EP is made of UHMWPE [Implants for surgery. Ultra-high molecular weight polyethylene. GOST 5834-2-2014; ISO 5834-2:2011] in the form of a platform, on one side of which recesses are made, mated along a cylindrical surface with the arcs of the sled of the femoral component. The sled of the arcs of the femoral component 1 and the recesses mated with them in the platform are made in the form of spherical surfaces turning into tangent planes, each of which is located at an angle of 5-13° to the corresponding plane parallel to the support plane of the distal cut of the femur and drawn through the corresponding line of tangency.
Корпус 3 выполнен из титанового сплава TNTZ Ti-29Nb-13Ta-4,6Zr [Биоматериалы. Июль 2003 г.; PMID: 12711513 DOI: 10.1016/s0142-9612(03)00069-3 / Мицуо Нииноми], представляет собой овальный цилиндр, повторяющий форму посадочного места большеберцового компонента 4, фиксирующийся к нему двумя винтами М4 (позиция 6) с боковых сторон с закругленной утопленной шляпкой под шестигранный ключ. Выше крепежных винтов расположены разгрузочные окна 3.1, для предотвращения скопления избыточного и отрицательного давления внутри корпуса 3. На внутренней цилиндрической поверхности корпуса 3 в верхней части расположена канавка для полиуретанового кольцевого уплотнения 5. Уплотнение располагается между корпусом 3 и тибиальным компонентом 4 и служит для снижения горизонтальных смещений при нагрузке, а также выполняет предохранительную функцию от попадания внутрь корпуса 3 частиц, содержащихся в жидкости в суставном мешке. Корпус 3 выполняет функцию связующего компонента во время хода тибиального компонента 2 при сжатии амортизирующего вкладыша 7. Служит фиксатором положения для амортизирующего вкладыша 7.The housing 3 is made of titanium alloy TNTZ Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr [Biomaterials. July 2003; PMID: 12711513 DOI: 10.1016/s0142-9612(03)00069-3 / Mitsuo Niinomi], and is an oval cylinder repeating the shape of the seat of the tibial component 4, fixed to it with two M4 screws (position 6) on the sides with a rounded recessed head for a hex key. Above the fastening screws are relief windows 3.1, which prevent the accumulation of excess and negative pressure within the housing 3. A groove for a polyurethane annular seal 5 is located on the upper part of the inner cylindrical surface of the housing 3. The seal is located between the housing 3 and the tibial component 4 and serves to reduce horizontal displacements under load, and also performs a protective function against the ingress of particles contained in the fluid in the joint capsule into the housing 3. The housing 3 acts as a connecting component during the movement of the tibial component 2 upon compression of the shock-absorbing insert 7. It serves as a position lock for the shock-absorbing insert 7.
Амортизирующий вкладыш 7 выполнен из биосовместимого полиуретана [7.05.2014. PMID: 24812276 PMCID: РМС4230967 DOI: 10.1177/0885328214533737 / Хе Чжин Ким, Мин Силь Кан, Джонатан К. Ноулз, Мен Сон Гон (Синтез высокоэластичных биосовместимых полиуретанов на основе биоизосорбида и поли(тетраметиленгликоля) и их свойства - PubMed (nih.gov))] повторяет контур нижней поверхности тибиального компонента 2 с отступом от края 5 мм, закладываемый на расширение при сжатии. Устанавливается между тибиальным 2 и большеберцовым 4 компонентами, фиксацию от горизонтального смещения и центрование тибиального компонента 2 выполняет деталь - корпус 3.The shock-absorbing insert 7 is made of biocompatible polyurethane [7.05.2014. PMID: 24812276 PMCID: РМС4230967 DOI: 10.1177/0885328214533737 / Hye Jin Kim, Min Sil Kang, Jonathan K. Knowles, Myung Sung Gon (Synthesis of highly elastic biocompatible polyurethanes based on bioisosorbide and poly(tetramethylene glycol) and their properties - PubMed (nih.gov))] follows the contour of the lower surface of the tibial component 2 with an indentation from the edge of 5 mm, laid for expansion during compression. It is installed between the tibial 2 and tibial 4 components, fixation from horizontal displacement and centering of the tibial component 2 is performed by the part - body 3.
Болынеберцовый компонент 4 выполнен из титанового сплава TNTZ Ti-29Nb-13Ta-4,6Zr [Биоматериалы. Июль 2003 г.; PMID: 12711513 DOI: 10.1016/s0142-9612(03)00069-3 / Мицуо Нииноми], представляет собой полнотелую платформу овальной неправильной формы. Верхняя часть имеет плоскую ступеньку с посадочным местом для детали корпус 3 и 2 отверстия с резьбой М4 по бокам для его крепления винтами 6. На поверхности нижней части компонента расположен шток 4.1, выполняющий фиксацию внутри большеберцовой кости.The tibial component 4 is made of titanium alloy TNTZ Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr [Biomaterials. July 2003; PMID: 12711513 DOI: 10.1016/s0142-9612(03)00069-3 / Mitsuo Niinomi] and is a solid platform of an oval irregular shape. The upper part has a flat step with a seat for the body part 3 and two holes with M4 threads on the sides for its fastening with screws 6. On the surface of the lower part of the component there is a rod 4.1, which performs fixation inside the tibia.
Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.
Разработанная конструкция имплантата поясняется фиг. 1-4, где:The developed design of the implant is illustrated in Fig. 1-4, where:
фиг. 1 - опытный образец эндопротеза коленного сустава с амортизирующим вкладышем, где: а - деталировка 3Д модели несвязного типа фиксации ЭП, разработанная в программе Компас 3D, б - напечатанная 3D модель несвязного типа фиксации ЭП на 3D принтере;Fig. 1 - a prototype of a knee joint endoprosthesis with a shock-absorbing insert, where: a - detailing of a 3D model of a non-connected type of fixation of the EP, developed in the Kompas 3D program, b - a printed 3D model of a non-connected type of fixation of the EP on a 3D printer;
фиг. 2 - расчет напряженно-деформируемого состояния (НДС) имплантата при нагрузке в 3000 Н согласно ГОСТ 31621-2012, где эпюра справа - коэффициент запаса прочности (FOS);Fig. 2 - calculation of the stress-strain state (SSS) of an implant under a load of 3000 N according to GOST 31621-2012, where the diagram on the right is the safety factor (FOS);
фиг. 3 - график зависимости коэффициента запаса прочности (FOS) от нагрузки 2000 … 3000 Н с интервалом в 500 Н;Fig. 3 - graph of the dependence of the safety factor (FOS) on the load of 2000...3000 N with an interval of 500 N;
фиг. 4 - опытный образец эндопротеза КС с амортизирующим вкладышем.Fig. 4 - experimental sample of the knee joint endoprosthesis with a shock-absorbing insert.
Осуществление изобретения.Implementation of the invention.
Основным механизмом, обеспечивающим работу предлагаемого эндопротеза КС, является амортизирующий вкладыш, сопряженный с тибиальным и большеберцовым компонентами, образуя узел амортизации, который при направленных динамических и ударных нагружениях принимает на себя основную часть нагрузок, тем самым снимая нагрузки с поверхностей бесцементной фиксации. За счет этого происходит сохранение связей металл-кость и увеличивается срок эксплуатации имплантата.The primary mechanism that ensures the performance of the proposed knee joint endoprosthesis is a shock-absorbing liner, which is connected to the tibial and tibial components, forming a shock-absorbing unit that absorbs the bulk of the load under directed dynamic and impact loads, thereby relieving stress on the cementless fixation surfaces. This preserves the metal-bone bond and increases the service life of the implant.
Пример осуществления ПМ.An example of PM implementation.
Пример 1. Оценка запаса прочности при численном моделировании.Example 1. Evaluation of the safety factor in numerical modeling.
Анализ НДС имплантата проводился в программе Компас 3D при нагрузках 2000, 2500, 3000 Н путем расчета на статическое напряжение и коэффициент запаса прочности. Результаты сведены в одну таблично-графическую форму, показывающую зависимость показателей от изменения величины приложенной нагрузки, фиг. 3.The implant's stress-strain state was analyzed using the Kompas 3D program under loads of 2000, 2500, and 3000 N, using static stress and safety factor calculations. The results are summarized in a single tabular and graphical form, showing the dependence of the indicators on changes in the applied load (Fig. 3).
Пример 2. Изготовление опытного образца имплантата.Example 2. Manufacturing of a prototype implant.
Разработка чертежей и 3D опытных моделей в Компас 3D - модели выполнялись последовательно на основании отдельных этапов отработки конструкции имплантата. Для проверки расчетных данных было выполнено выращивание каждой части изделия по цифровой 3D модели на 3D - принтере. Для изготовления деталей опытного образца имплантата использовался ABS пластик.The development of drawings and 3D prototype models in Kompas 3D models was carried out sequentially based on individual stages of implant design development. To verify the calculated data, each part of the product was created using a 3D printer based on the digital 3D model. ABS plastic was used to manufacture the components of the prototype implant.
Пример 3. Клинический.Example 3. Clinical.
Эндопротез коленного сустава устанавливают следующим образом. При предоперационном планировании проводят выбор размера протеза и величины резекции кости путем использования шаблонов, которые накладывают на рентгенограммы коленного сустава.A knee replacement is installed as follows. Preoperative planning involves selecting the size of the replacement and the amount of bone resection using templates placed on knee X-rays.
После проведенной подготовки выполнена операция тотального эндопротезирования коленного сустава. Ход операции: после срединного кожного разреза медиальным парапателлярным доступом проводится вскрытие коленного сустава. Надколенник вывихнут кнаружи. После иссечения рубцов по стандартным методикам выполнена обработка бедренной кости и первичная резекция большеберцовой кости. В наружный отдел коленного сустава введен позиционер большеберцового компонента по наружному мыщелку большеберцовой кости. Выполнена окончательная обработка большеберцовой кости. После примерки установлены окончательные компоненты эндопротеза. Большеберцовый компонент расположен строго по центру плато большеберцовой кости. Рана послойно ушита наглухо.Following the preparation, a total knee arthroplasty was performed. Surgical procedure: After a midline skin incision, the knee joint is opened via a medial parapatellar approach. The patella is dislocated laterally. After scar excision using standard techniques, the femur is debridement and the tibia is initially resected. A tibial component positioner is inserted into the lateral aspect of the knee joint along the lateral tibial condyle. Final debridement of the tibia is performed. After fitting, the final components of the endoprosthesis are installed. The tibial component is positioned precisely along the center of the tibial plateau. The wound is closed tightly in layers.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2848478C1 true RU2848478C1 (en) | 2025-10-20 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7255715B2 (en) * | 2002-08-30 | 2007-08-14 | Biomet Manufacturing Corp. | Integrated prosthetic assembly |
| RU195379U1 (en) * | 2019-04-12 | 2020-01-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.» (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Knee endoprosthesis |
| RU2731424C2 (en) * | 2015-10-07 | 2020-09-02 | Керамтек Гмбх | Knee joint endoprosthesis for replacement of at least parts of knee joint |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7255715B2 (en) * | 2002-08-30 | 2007-08-14 | Biomet Manufacturing Corp. | Integrated prosthetic assembly |
| RU2731424C2 (en) * | 2015-10-07 | 2020-09-02 | Керамтек Гмбх | Knee joint endoprosthesis for replacement of at least parts of knee joint |
| RU195379U1 (en) * | 2019-04-12 | 2020-01-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.» (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Knee endoprosthesis |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12115080B2 (en) | Total knee implant prosthesis assembly and method | |
| US7387644B2 (en) | Knee joint prosthesis with a femoral component which links the tibiofemoral axis of rotation with the patellofemoral axis of rotation | |
| Argenson et al. | Polyethylene wear in meniscal knee replacement. A one to nine-year retrieval analysis of the Oxford knee | |
| EP2512380B1 (en) | Implant for restoring normal range of flexion and kinematics of the knee | |
| EP1742598B1 (en) | Surgically implantable knee prosthesis | |
| US7491235B2 (en) | Surgically implantable knee prosthesis | |
| US20160302933A9 (en) | Methods and apparatus for conformable prosthetic implants | |
| US20100241237A1 (en) | Fixed bearing joint endoprosthesis with combined congruent - incongruent prosthetic articulations | |
| JP2004167255A (en) | Femoral component for artificial knee joint | |
| US20070100459A1 (en) | Method of repairing a knee joint | |
| KR102649339B1 (en) | tibial plateau patch | |
| US20070100460A1 (en) | Orthopaedic implant systems with anti-abrasion studs | |
| WORRELL | Prosthetic resurfacing of the patella. | |
| US20180116809A1 (en) | Prosthesis and method for using prosthesis to facilitate deep knee flexion | |
| RU2848478C1 (en) | Knee joint endoprosthesis | |
| Ip | Orthopedic Principles—A Resident's Guide | |
| RU2833149C1 (en) | Revision hinged knee endoprosthesis | |
| Ronca et al. | Knee Joint Replacements | |
| Nelson | Total Knee Arthroplasty with preservation of the posterior cruciate ligament | |
| Freeman et al. | The current status of total replacement of the knee with special reference to prostheses of the condylar variety | |
| Buechel et al. | The Knee | |
| Evans et al. | The Guildford elbow joint | |
| Laskin | The spectrum of total knee replacement | |
| KNEE | Selection of the Implant in Total Knee Arthroplasty | |
| Kurtz | 8 The Origins and Adaptations of UHMWPE |